A Evolução das Teorias
Atômicas:
A Eterna Busca pelos
Modelos
Tales de Mileto
Demócrito
Dalton
Geissler e Plucker
Crookes
Alessandro Volta
Nicholson e Carlisle
Thomson
Goldstein
Roetgen
Becquerel
Millikan
Moseley
Rutherford
Bohr
Sommerfeld
De Broglie
Schrödinger
Planck
Heisenberg
Pauli
Pauling
Demócrito
460 a.C. a 370 a.C.
Discípulo de Leucipo (?);
• Viveu em Abdera na Trácia, hoje Turquia;
• Sistematizou as idéias de Leucipo:
•
– Toda matéria se subdivide em átomos eternos e
indestrutíveis, que não tem causa;
– A matéria é constituída por átomos
qualitativamente iguais;
– Os átomos estão em contínuo movimento no
vácuo;
– Os diferentes tipos de átomos diferem em
forma, tamanho e massa.
Provavelmente, o modelo foi puro fruto da
intuição;
• Salvo exceções, sem receptividade entre os
antigos;
• Leucipo → Demócrito → Epicuro → Lucrécio;
• “Feliz adivinhação”, segundo Sir Willian
Dampier.
•
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John Dalton
(1766 – 1844)
Inspirado no atomismo de Demócrito;
• Atomismo quantitativo (1803);
• Explicações admitindo-se que a matéria é feita
de átomos;
• Propostas:
•
– Toda matéria é composta de partículas
fundamentais: os átomos;
– São permanentes e indivisíveis;
– Não podem ser criados nem destruídos;
– Átomos de um mesmo elemento químico são
idênticos em todas as suas propriedades;
– Uma alteração química consiste em uma
combinação, separação ou rearranjo de átomos;
– Os compostos são constituídos de átomos de
elementos diferentes em proporções fixas.
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“Como e do que são
construídos os átomos?”
•
Tales de Mileto (séc. VI a.C.);
– Elektron: palavra grega que significa âmbar;
•
Alessandro Volta (1800);
– Pilha elétrica: empilhamento de discos de zinco
e cobre intercalados e separados por discos de
pano embebidos em ácido sulfúrico;
•
Willian Nicholson e Anthony Carlisle (1800);
– Realizaram a eletrólise da água (lise, palavra
grega que significa quebra);
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“Como e do que são
construídos os átomos?”
Humphrey Davy e Michael Faraday (1932);
– “A quantidade de substância produzida pela
eletrólise é proporcional à quantidade de
eletricidade utilizada”;
– “Para uma dada quantidade de eletricidade a
quantidade de substância produzida é
proporcional ao seu peso equivalente”;
• Experimentos com tubos de descarga de gás:
•
– Tubo de vidro cilíndrico fechado em ambas as
extremidades, com dois eletrodos em forma de
discos planos ligados a uma fonte de alta
voltagem (20.000 Volts), conectado a um tubo
de vácuo lateral;
– Henrich Geissler;
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Ampola ou Tubo de
Crookes
– Tubo de Crookes: usados na 2ª metade do
século XIX para investigar os efeitos de
descargas elétricas em gases à baixa pressão;
– Pressão atmosférica: pouco se observa;
– Pressão moderada (b): incadescência do gás;
– Pressão baixa (c): incadescência próxima ao
cátodo;
– Pressão baixa com sulfeto de zinco (d): linhas
luminosas ao microscópio e sombra no tubo.
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Ampola ou Tubo de
Crookes
– Qualquer metal pode ser utilizado como
eletrodo e o tipo de gás muda a cor da
incandescência do tubo;
Interpretação: a baixas pressões algo deixa o
cátodo e se dirige em direção ao ânodo. Este
algo foi inicialmente chamado de raio catódico.
O raio catódico não é energia radiante, como a
luz, mas um feixe de partículas. A sombra
obtida com a presença do sulfeto de zinco
indica que elas se movem em linha reta
(sombra). A incandescência observada é
resultado da colisão das partículas com o gás,
sendo que a pressões baixas a maioria das
partículas atravessa o tubo sem se chocar com
ele produzindo uma incandescência no tubo;
• Os raios catódicos podem ser desviados pela
aplicação de um campo elétrico ou um campo
magnético.
•
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J. J. Thomson
(1856 – 1940)
Primeiro cientista a
realizar o experimento
com sucesso em 1897;
• Raio catódico é
composto por partículas
de carga negativa;
• Mesma massa e carga;
•
Independe
do material
do qual é
feito o
cátodo;
• e/m =
-1,76x108 C.g-1
•
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Aplicações dos Tubos de
Descarga de Gás
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Ampola ou Tubo de
Goldstein
•
•
•
•
•
•
•
Cátodo perfurado;
Linha luminosa
através das
fendas: raios
canais;
Cor também
depende do gás
no tubo;
Raio é uma
mistura de
partículas, mesmo
se o gás for um
só;
Partículas são
carregadas
positivamente;
Valores são múltiplos de 1,6 x 10-19 C;
Choques retiram elétrons, atribuindo caráter
positivo ao átomo que migra para o cátodo.
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O Modelo Atômico de
Thomson (1898)
•
•
•
•
•
Elétrons podem ser
retirados do átomo,
deixando-o com carga
positiva;
O cátion formado é
muito maior do que o
elétron;
Átomo é uma esfera de
carga elétrica positiva,
onde estavam contidos
alguns elétrons (Pudim
de ameixas);
A parte positiva
continha a maior parte
da massa do átomo;
Postulou mais tarde
que os elétrons
estariam se movendo
em órbitas circulares.
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Experimento de Millikan
1909
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Oléo é vaporizado;
Através de um
microscópio, observase a gotícula caindo
com a gravidade;
Irradiação com raios-X
retirava elétrons do ar;
Elétrons eram
capturados pelo óleo;
Disco metálico com um
orifício é ligados a um
gerador (+);
Compensou a queda da gotícula de óleo;
Determinação da velocidade pela queda no ar;
Gotículas sempre carregadas com múltiplos de
-1,6x10-19C;
Combinação da carga com a relação e/m de
Thomson, acha-se a massa do elétron.
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Röntgen e os Raios-X
1896
•
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•
•
•
Experimento com a ampola de Crookes envolta
por papelão negro;
Radiação desconhecida escapava da ampola e
atravessava o vidro, o papel e o papelão
impressionando um filme fotográfico;
Sem carga elétrica e invisível;
Por não saber do que se tratava, Röntgen
chamou de Raio-X;
São formados por elétrons de alta energia,
parecidas com a luz mas de maior freqüência;
Nocivos à saúde:
mutações nas
células;
Page 13
A Ampola de Coolidge
1913
Coolidge aperfeiçoou a ampola de Crookes
para aumentar o rendimento na formação dos
raio-X;
• Pressão: 10-9 atm;
• Filamento de tungstênio;
• Anti-cátodo desacelera elétrons, originando
ondas eletromagnéticas que foram o raio-X;
•
Page 14
Radioatividade
1896
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•
•
•
Descoberta dos raios-X desencadeou
a descoberta da radioatividade;
Becquerel (1852-1908) buscou
comprovar a hipótese de Poincaré e
descobriu a radioatividade;
Sal de urânio continuava emitindo
radiações, mesmo depois de cessar
a emissão de luz;
Radiações impressionavam papéis
fotográficos;
Marie (1867–1934) e Pierre Curie
(1859-1906) comprovaram a
existência de mais elementos
radioativos: tório, actínio e outros;
Descobriram dois novos elementos:
Polônio e Rádio;
Radioatividade é características de
elementos pesados.
Page 15
As Emissões Radioativas
•
Page 16
Polônio em um cilindro
de chumbo emite
radiações direcionadas
que são separadas por
placas altamente
eletrizadas, revelando
pontos em locais
diferentes de uma
placa fotográfica.
Características das Emissões
•
•
•
Partículas Alfa:
– Velocidade inicial variando de 3000 a 30000 km/s;
– Pequeno poder de penetração. Detidas por uma camada
de 7 cm de ar, uma folha de papel ou uma chapa de
alumínio, com 0,06 milímetros de espessura. Sobre o
corpo humano, são detidas pela camada de células
mortas da pele, podendo, no máximo, causar
queimaduras.
Partículas Beta:
– Velocidade inicial variando entre 100000 e 290000 km/s,
ou seja, até 95% da velocidade da luz.
– Médio poder de penetração. 50 e 100 vezes mais
penetrantes que as partículas alfa. Atravessam alguns
metros de ar e até 16 mm de madeira. Detidas por
lâminas de alumínio com 1cm de espessura ou de
chumbo com espessura maior que 2mm. Sobre o corpo
humano, podem penetrar até 2 cm e causar sérios danos.
Radiações Gama:
– Velocidade igual à velocidade da luz, ou
aproximadamente 300 000 km/s.
– Alto poder de penetração. os raios gama são mais
penetrantes que os raios X, pois possuem comprimentos
de onda bem menores, variando entre 0,1 e 0,001
angstrons. Atravessam milhares de metros de ar, até 25
cm de madeira ou 15 cm de espessura de aço. São
detidos por placas de chumbo com mais de 5 cm de
espessura ou por grossas paredes de concreto. Podem
atravessar completamente o corpo humano causando
danos irreparáveis.
Page 17
Moseley e o Nº Atômico
•
•
•
•
•
•
Até 1913 a Tabela Periódica era organizada pela
massa atômica;
Não havia relação entre o nº atômico e a
estrutura atômica;
Espectros de
raios-X de vários
elementos
mostrou alta
regularidade;
Regularidade foi
atribuída à carga
positiva do
núcleo, o número
atômico (Z);
Elementos em
posições erradas
foram
reorganizados
originando a
Tabela Periódica
atual;
Faleceu com
apenas 30 anos.
Page 18
O Modelo de
Rutherford
Bombardeamento de uma finíssima placa de
ouro (0,0001 mm) com partículas alfa;
• Envolvimento da placa de ouro por um cilindro
de sulfeto de zinco ou papel fotográfico;
• Aparecimento de uma fluorescência intensa na
direção das emissões e esporadicamente em
alguns outros pontos;
•
Page 19
A Teoria de Bohr
1913
Nem todas as leis
da física clássica
deveriam ser
seguidas pelas
partículas
atômicas;
• Os elétrons giram
em redor do núcleo
em órbitas bem
definidas;
• Quando um elétron
troca de órbita, ele
absorve ou emite
energia, segundo
as idéias de Planck;
• Postulados
baseados no
espectro de
emissão do
hidrogênio
estudado pelos
cientistas Lyman,
Balmer e Paschen.
•
Page 20
A Teoria de Bohr
1913
•
Observações experimentais indicaram que:
1 1 
 R 2  2 

1 n 
1
Page 21
 1 1
 R 2  2 

2 n 
1
1 1
 R 2  2 

3 n 
1
As Contribuições
•
Sommerfeld (1868-1951):
– Órbitas circulares e elípticas de diferentes
excentricidades com conteúdos energéticos
diferenciados, constituindo uma camada;
•
De Broglie:
– Todo corpo apresenta associado ao seu
movimento um fenômeno ondulatório;
– O elétron pode sofrer reflexão, refração e etc.,
como ocorre com o som ou a luz;
•
Heisenberg (1901-1976):
– “É impossível determinar simultaneamente a
posição exata e a velocidade de uma partículaonda num dado instante”;
•
Schrödinger:
– Orbital é a região do espaço ao redor do núcleo
em que é muito grande a probabilidade de se
localizar o elétron;
•
Planck:
– A energia é recebida ou emitida em uma
quantidade fundamental, denominado quantum,
E=hν;
•
Pauli:
– Um mesmo orbital conterá, no máximo, dois
elétrons de spins contrários;
Page 22